식품첨가물로 사용되는 페놀계 산화방지제에 대한 이론적 연구

Theoretical study on phenolic antioxidants using food additives

식품첨가물로 사용되는 합성 페놀계 산화방지제인 디부틸히드록시톨루엔(BHT), 2-부틸히드록시아니솔(2-BHA), 3-부틸히드록시아니솔(3-BHA), 터셔리부틸히드로퀴논(TBHQ)과 몰식자산프로필(PG)에 대하여 반경험적인 양자 화학적인 방법인 PM3 법을 이용하여 이론적인 연구를 진행하였다. 연구 결과로 전자 주기세기 값(4.16116~4.89929)과 친핵도값(9.36261~ 11.0234)이 전자 받기 세기 값(0.00300~0.01527)과 친전자도값(0.94834~1.36541)보다 크다는 것을 얻었다. 프런티어 이론을 이용하여 산화방지제의 반응메커니즘의 이해에서 중요한 라디칼 반응 부위를 예측하였다. 분배함수로 얻어진 엔트로피와 자유에너지를 이용하여 구한각각의 산화방지제와 산소의 반응계에서 엔트로피의 변화량(0.118602~0.178802 kcal/mol/ deg)과 자유에너지의 변화량(-2406.16~-4606.02 kcal/mol)을 얻었으며, 자유에너지의 변화량으로부터 산화방지제와 산소와의 반응은 자발적으로 진행됨을 알았다. 자유에너지의 변화량과 hardness와 선형회귀분석 결과로 좋은 상관관계 (R2=0.98)를 보였다. 이와 같은 연구 결과와 방법은 페놀계 산화방지제의 이해와 새로운 물질의 설계에 도움을 줄 것으로 사료 된다.

A theoretical study for dibutylhydroxytoluene (BHT), 2-butylhydroxyanisole(2-BHA), 3-butylhydroxyanisole(3-BHA), tert-butyl -hydroquinone(TBHQ) and propyl gallate (PG), synthetic phenolic antioxidants used as food additives, were investigated using the semi-empirical quantum chemical Parametric Method 3. As a result of the study, it was obtained that the electron donating power (4.16116~4.89929) and nucleophilicity(9.36261~11.0234) were greater than the electron accepting power (0.00300~0.01527) and electrophilicity(0.94834~1.36541). By using the frontier theory, we have predicted the reactive radical reaction sites of the antioxidant. For the reaction between antioxidants and oxygen, we have obtained the amount of change of entropy (0.118602~ 0.178802 kcal/mol/deg) and its of free energy (-2406.16~-4606.02 kcal/mol) and have found the reaction proceeded spontaneously. The change in free energy and hardness showed a good correlation (R2=0.987) as a result of linear regression analysis. These results and methods are expected to help the understanding of phenolic antioxidants and the design of new substances.